Fråga:
Varför bildas snöflingor i sexkantiga strukturer?
Kenshin
2014-04-23 10:25:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det är känt att snöflingor bildas i vackra sexkantiga strukturer. Bilden nedan visar en mängd sådana strukturer som är möjliga (även om de inte är en uttömmande lista):

enter image description here

Vad är mekanismen för snöflingor som bildar dessa härliga symmetriska sexkantiga strukturer? Vad är också mekanismen för de olika formerna i var och en av de olika snöflingorna?

@naught101, den delen av artikeln är kort och inte riktigt tydlig. Kan du snälla utarbeta (a) varför den kristallina strukturen är "sexfaldig" och vad det betyder, och (b) hur den kristallina strukturen ger sig till formen på ovanstående kristaller och varför varje kristall som en unik form? Wikipedia-artikeln är inte riktigt tydlig om dessa frågor, men om du kan tolka den sidan och skriva som ett svar kommer jag att acceptera.
@naught101, Jag har läst (a) men jag är fortfarande osäker på varför is i synnerhet bildar sådana strukturer. (b) Den beskriver inte korrekt hur mikrostrukturen vetenskapligt påverkar makrostrukturen. Visst att det ger lite våffla om hur det kan vara placerbart, men jag skulle verkligen inte acceptera det som det bästa svaret om svaret publicerades här. Experter borde kunna göra bättre.
@naught101, det beskriver fortfarande inte varför en viss sexkantig bildning inträffar över en annan typ av sexkantig bildning. Se den sista delen av min modifierade quesiton.
Jag känner att det här svarar på redigeringen av din fråga: * "Mikromiljön där snöflingan växer förändras dynamiskt när snöflingan faller genom molnet och små förändringar i temperatur och fukt påverkar sättet vattenmolekyler fäster på snöflingan . Eftersom mikromiljön (och dess förändringar) är nästan identiska runt snöflingan, kan varje arm växa på nästan samma sätt. "* - Kan du åtminstone ställa din fråga * med hänvisning * till dessa uttalanden? t.ex. ange vilka problem du har med dem, och vilka specifika delar vill du klargöra?
@naught101, det svaret är otillräckligt och jag skulle inte acceptera det som bästa svaret. Det svarar inte varför armarna växer i sexkantig form. Du kan säga "eftersom mikrostrukturen är sexkantig", men det svarar inte på frågan så djupt? Varför leder den sexkantiga mikrostrukturen till att armarna växer på samma sätt? Kanske är den ytliga wikipedia-artikeln tillräcklig för dig, men det räcker verkligen inte för mig.
Observera att sådana foton uppvisar betydande bekräftelseförskjutning. Ta 10 000 snöflingabilder och visa de 12 som är vackraste. De flesta snöflingor ser inte lika vackra ut som de.
@Geodude A -1 till din kommentar som får dig att se otroligt lutig ut, om inte medvetet oförskämd. Kvaliteten på svaren och deras överlägsenhet över Wikipedia-artikeln visar att detta är en bra fråga (och +1 till frågan!).
Detta är en fantastisk fråga, vilket framgår av det faktum att den kanoniska förklaringen "den kristallina strukturen av is är sexfaldig" tar inte upp varför kylisen inte är sexkantig.
Jag har problem med alla svaren: För en sexfaldig symmetri måste en vinkel på 60 grader visas: Men den visas inte i någon av skisserna på molekylär nivå: Var dyker 60 grader upp? Det här är den saknade länken! Och poängen
Fem svar:
casey
2014-04-23 19:55:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Is växer i många former. Som nämnts i det andra svaret är all is vi ska observera Ice Ih, men det finns många andra former. Se detta fasdiagram över vatten:

Phase diagram of water
Bild med tillstånd av Cmglee wikipedia

De olika isregimerna växer olika kristallina former. Ice Ih växer sexkantiga kristaller och i vissa regimer kan du hitta triangulära och kubiska iskristaller. Den sexkantiga formen är en följd av bindningsvinklarna i vattenmolekylen när den bildas till ett fast kristallgitter.

Detta fasdiagram säger att vi kommer att uppleva Ice Ih mellan 0 C och -100 C och genom troposfäriska tryck. Denna iskristall är sexkantig, men inom denna kristallform finns det många isvanor för kristalltillväxt.

ice habits
Bild som används från tidningen Weatherwise, AMS

Axlarna i detta diagram är övermättnad med avseende på is ($ e / e_ {si} > 1 $) och temperatur. Alla dessa kristaller är sexkantiga men vissa är långa, smala sexkantiga prismer och andra är mycket tunna och breda sexkantiga plattor. Snöflingan är en dendrit och dessa kristaller växer mellan -10 och -22 ° C och övermättnad i förhållande till flytande vatten. Dessa toppar ger en ökad gradient i ånga (ju vassare vinkel desto starkare blir ånggradienten). Vid höga övermättnader avsätts ånga snabbt i områdena med den förbättrade ånggradienten och armarna på dentritformen. Dendritens särskilda form beror starkt på ånggradienten den upplever, vilket i sin tur påverkas starkt av dess nuvarande form och den miljö den växer i.

Referenser:

  • Lamb, D. och Verlinde, H., 2011: Ångtillväxt av enskilda iskristaller. Molnens fysik och kemi . Cambridge University Press, Ch 8.3, 342-369.
Är det inte ett problem att [varje vattendroppe behöver en partikel av orenhet för att dess kristalliseringscentrum] (] (https://www.youtube.com/watch?v=87v_9Bud7vw)) ska kunna börja bygga på? Jag antar att det också gäller snöflingan.
tobias47n9e
2014-04-23 13:45:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

H 2 O is på jorden kristalliserar med en struktur som kallas "Ice-Ih" som är sexkantig. Strukturen är beroende av dipolegenskaperna hos H 2 O-molekyler. På samma sätt som vad vatten gör med joner för att föra dem i lösning är kristallstrukturen beroende av dipolernas energiskt gynnsamma inriktning. I Ice-Ih är den mest fördelaktiga inriktningen en (mer eller mindre) plan sexkantig ring med den negativa dipolen (syret) vänd (mer eller mindre) inåt. Grannringar i samma plan och ringar i ovan- och underplanet hålls samman av vätebindningar (den positiva dipolen de båda vätena). (Se: Hexagonal Ice (ice Ih)).

Snöflingor är olika, eftersom kristalltillväxt är väldigt dynamisk. Medan ett kristallansikte växer kan ett annat vara mottagligt för upplösning. Medan snöflingan blåses runt genom luften förändras temperatur och fuktighet alltid. Detta har den ytterligare effekten att ibland är kristallkärnbildning och ibland kristalltillväxt (som är energiskt gynnsamma vid olika temperaturer) aktiva. Medan snöflingan sjunker fortsätter samma dynamik. Kristallen tävlar med flytande vatten och fuktighet för H 2 O-molekyler. Även kristallytorna tävlar med varandra vilket leder till exempel upplösning av molekyler på insidan och kristallisering på utsidan. Eftersom ingen snöflinga upplever samma förhållanden i samma historia, ser alla lite annorlunda ut (inte förvånande för att det faktiskt inte heller finns två Zirkon -kristaller som liknar varandra eller två blommor som liknar varandra etc. ..).

Finns det något samband mellan det faktum att vinkeln mellan de 2 H-O-bindningarna är 104,5 och den sexkantiga symmetrin i snöflingor?
@Marco Det finns, men jag kommer inte ihåg exakt varför.
Neo
2014-04-23 20:57:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

För att lägga till både Spießbürgers och caseys utmärkta svar är väte -bindningar anledningen till att vissa snöflingor är sexsidiga. Hans ansågs, men jag tror att det skulle kunna använda lite mer extrapolering.

Enter image description here

www.physicsofmatter.com

Bilden ovan visar en syre atombindning med två väteatomer (vatten). Vi kan kalla dessa kovalenta bindningar för våra ändamål, även om vätebindningar tenderar, i vissa fall (och särskilt vatten) har speciella egenskaper som gör det unikt från andra kovalenta bindningar. Resultatet av denna bindning är en något negativ laddning nära syreatomen och något positiv nära väten.

Vad som händer härnäst är att två vattenmolekyler kommer att byggas upp på ett specifikt sätt, relaterade till deras laddning:

www.doublexscience.org

Du ser, som Spießbürger nämnde, att vattenmolekylens dipol tillåter vattenmolekylerna att byggas upp i den bild som visas ovan, om och om och om igen. Detta händer naturligt, eftersom när vatten fryser tvingar det molekylerna att komma närmare varandra (men intressant nog gör slutresultatet isen mindre tät än dess flytande form). När dessa molekyler byggs upp börjar du se ett kristallgaller:

www.doublexscience.org

Med varje ring i kristallgitteret har sex sidor. Varje punkt är en syreatom. Varje sida är sida är en vätebindning med ett syre. Snöflingan är bara denna bindning som händer många många gånger.

Så även om det kanske inte verkar så uppenbart kan vi förklara den sexkantiga strukturen med kemi på gymnasiet / mellanstadiet.

Detta verkar inte svara på frågan. Till exempel är grafit också baserad på sexkantiga strukturer på atomnivå men på makronivå kan grafit ha vilken form som helst. Så varför orsakar det sexkantiga arrangemanget på den molekylära nivån av vatten att snöflingor är sexkantiga på makronivå, när det inte orsakar att vanlig vattenis eller grafit är sexkantig på makronivå?
Alistair Riddoch
2017-05-07 08:41:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Frågan som ställs är "varför snöflingor bildas i sexkantiga strukturer".

Jag ser snöflingor som följer ramen för en tillplattad kuboktaeder.

enter image description here

enter image description here

enter image description here

enter image description here

Takahiro Waki
2016-10-05 15:44:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

När den ena molekylen i Neos svar ändrar riktningen lite, rör sig kedjan för alla molekyler. Detta kan ge fenomenet som kaleidscope.

kale



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...